Η ιδέα των διαφανών ηλιακών παραθύρων ακούγεται σχεδόν πολύ καλή για να είναι αληθινή, και είναι, αλλά όχι εξ ολοκλήρου. Εδώ και χρόνια, οι ερευνητές έχουν πέσει με τα μούτρα στην πρόκληση αξιοποίησης του ηλιακού φωτός για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω των διάφανων παραθύρων. Το βραβείο είναι πολλά στρέμματα ηλιακών πάνελ πάνω σε κτίρια, χωρίς να χαθεί το πλεονέκτημα εξοικονόμησης ενέργειας που είναι το φως της ημέρας. Απλά κοιτάξτε οποιοδήποτε γυάλινο κτίριο και μπορείτε πρακτικά να αισθανθείτε τις δυνατότητες. Τα εμπόδια είναι πολλά, αλλά μοιάζει με μια πραγματική ανακάλυψη η οποία είναι τελικά στο χέρι μας.
Τα διαφανή ηλιακά κύτταρα ενεργοποιούνται γύρω από το ραντάρ CleanTechnica τουλάχιστον από το 2010, όταν άρχισε να εμφανίζεται η δυνατότητα δημιουργίας ενός διαφανούς ηλιακού παραθύρου παράλληλα με την ηλιακή τεχνολογία λεπτής μεμβράνης.
Η ηλιακή τεχνολογία λεπτής μεμβράνης είναι ακριβώς αυτό που ακούγεται. Αντί για ένα άκαμπτο, ογκώδες ηλιακό πάνελ που κανείς δεν μπορεί να δει, η πλατφόρμα λεπτής μεμβράνης περιλαμβάνει την κατασκευή εύκαμπτων ηλιακών κυψελών με τη μορφή διαλύματος που μπορεί να περαστεί πάνω σε επιφάνειες, επιτρέποντας στο φως του ήλιου να περάσει.
Ένα πρώιμο εμπόδιο μεταξύ των πλήρως διαφανών ηλιακών κυψελών και της εμπορικής αγοράς είναι η κλιμάκωση από εργαστηριακά δείγματα σε εμπορεύσιμο μέγεθος.
Αυτό το πρόβλημα έχει αρχίσει να ξεθωριάζει, αλλά οι ερευνητές εξακολουθούν να χάνουν τον χρόνο τους με το γραφένιο και μικροαλλαγές υψηλής τεχνολογίας για να αντιμετωπίσουν την ουσία του θέματος, η οποία είναι πώς να διαμορφώσουν ένα πραγματικά διαφανές ηλιακό παράθυρο που να λειτουργεί αποτελεσματικά ώστε να δικαιολογηθεί το κόστος.
Τα διαφανή ηλιακά κύτταρα εμφανίστηκαν τον περασμένο Αύγουστο, όταν το Michigan State University ανακοίνωσε την ανακαίνιση του κτιρίου Βιοϊατρικών και Φυσικών Επιστημών με διαφανή ηλιακά παράθυρα.
Για να είμαστε σαφείς, το έργο του MSU είναι ένα αργό και προσεκτικό εγχείρημα. Παρόλα αυτά, φαίνεται πιο φιλόδοξο από άλλα έργα διαφάνειας που θα εμφανιστούν φέτος. Η νέα ηλιακή συστοιχία του MSU αποτελείται από μια εγκατάσταση 100 τετραγωνικών ποδιών διαφανών πάνελ πάνω από την κύρια είσοδο του κτιρίου. Αν όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο, η ιδέα είναι να μαζέψουμε αρκετό ηλιακό φως για να φωταγωγήσουμε το αίθριο.
Η εταιρεία πίσω από το έργο είναι η Ubiquitous Energy, η οποία συν ιδρύθηκε από τον καθηγητή του MSU Richard Lunt, ο οποίος έχει μαζί του τον Johansen Crosby προικισμένο καθηγητή Χημικής Μηχανικής και Επιστήμης Υλικών του College Of Engineering.
Η συμβολή του Lunt στον τομέα των διαφανών ηλιακών κυψελών είναι ένα παράθυρο που μοιάζει ακριβώς με το συμβατικό γυαλί, αλλά ταξινομεί το ορατό φως από το αόρατο και στα δύο άκρα του φάσματος, που σημαίνει υπεριώδες και υπέρυθρο φως. Το ορατό φως περνά μέσα και το υπόλοιπο τίθεται σε λειτουργία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Αυτή είναι μια ενδιαφέρουσα παραλλαγή, γιατί κανονικά κάποιος θα πίστευε ότι το ορατό ηλιακό φως κάνει τη βαριά δουλειά σε ένα ηλιακό κύτταρο. Ίσως το κάνει, αλλά ερευνητές όπως ο Lunt έχουν ανακαλύψει ότι το αόρατο φως μπορεί να παράγει σημαντικό ποσοστό ηλεκτρικής ενέργειας.
Πίσω στο 2017 το MSU παρατήρησε το έργο του Lunt και εξήγησε ότι αυτός και η ομάδα του “πρωτοστάτησαν στην ανάπτυξη ενός διαφανούς ηλιακού σταθμού ενέργειας που όταν τοποθετείται σε ένα παράθυρο δημιουργεί ηλιακή ενέργεια χωρίς να διαταράσσει την θέα. Το λεπτό, πλαστικό υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κτίρια, παράθυρα αυτοκινήτων, κινητά τηλέφωνα ή άλλες συσκευές με καθαρή επιφάνεια.”
“Το σύστημα ηλιακής συγκομιδής χρησιμοποιεί οργανικά μόρια που αναπτύχθηκαν από τον Lunt και την ομάδα του για να απορροφήσουν αόρατα μήκη κύματος ηλιακού φωτός. Οι ερευνητές μπορούν να” συντονίσουν “αυτά τα υλικά για να πάρουν μόνο τα υπεριώδη και τα σχεδόν υπέρυθρα μήκη κύματος που στη συνέχεια μετατρέπουν αυτή την ενέργεια σε ηλεκτρική”, προσθέτει το MSU.
Φυσικά, τα διαφανή ηλιακά κύτταρα δεν κατατάσσονται τόσο ψηλά στο διάγραμμα απόδοσης ηλιακής μετατροπής όσο τα συμβατικά αντίστοιχά τους, αφού δεν εκμεταλλεύονται πλήρως όλο το ηλιακό φως. Παρόλα αυτά, η τεχνολογία της Ubiquitous Energy προσφέρει αξιοσέβαστη απόδοση μετατροπής 10% με σχετικά χαμηλό κόστος, λόγω της χρήσης άφθονων, φθηνών υλικών.
Η θέση εγκατάστασης του MSU υποδηλώνει επίσης ότι οι ηλιακοί σταθμοί ενέργειας μπορούν να βοηθήσουν στην περικοπή του κόστους τοποθετώντας συστοιχίες διαφανών ηλιακών κυψελών κοντά στην τελική τους χρήση, γεγονός που θα βοηθούσε στη μείωση των δαπανών που σχετίζονται με την καλωδίωση και άλλα ηλεκτρικά συστήματα.
Όσον αφορά τα επόμενα βήματα, αυτή είναι μια ενδιαφέρουσα ερώτηση. Οι άνθρωποι της EnergySage έριξαν πρόσφατα μια ματιά στην αγορά και μέχρι στιγμής φαίνεται ότι η πανταχού παρούσα ενέργεια είναι η πρώτη που έρχεται με διαφανή μορφή φωτοβολταϊκής τεχνολογίας που μοιάζει με κανονικό παράθυρο.
Η EnergySage λαμβάνει υπόψη μια άλλη προσέγγιση, η οποία είναι να αντιμετωπίζει μόνο τις άκρες ενός υαλοπίνακα ως ηλιακά κύτταρα, αφήνοντας το μεγαλύτερο μέρος της επιφάνειας ως απλό γυαλί. Η προσέγγιση αυτή υιοθετήθηκε από την εταιρεία ηλιακών κυψελών Physee, η οποία διατίθεται στο εμπόριο με την επωνυμία POWER+.
“Η POWER+ είναι η δύναμη που παράγει το επίστρωμα γυαλιού. Κατευθύνει το φως του ήλιου επάνω στα ενσωματωμένα ηλιακά κύτταρα των PowerWindows. Χωρίς να επηρεάζεται η διαφάνεια του γυαλιού, τα παράθυρα θα παράγουν την ίδια ενέργεια με το 1/5 ενός ηλιακού πίνακα που τοποθετείται στην οροφή ενός κτιρίου”, εξηγεί ο Physee.
Η Physee εφαρμόζει επίσης την ηλιακή τεχνογνωσία στα θερμοκήπια, όχι όμως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η επίστρωση PAR+ της εταιρείας έχει σχεδιαστεί για να ενισχύσει τις αποδόσεις του θερμοκηπίου μετατρέποντας το υπεριώδες φως, το οποίο τα φυτά δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν, σε ορατό φως, το οποίο μπορούν.
Εν τω μεταξύ, οι ερευνητές συνεχίζουν να επιτίθενται στην πρόκληση των διαφανών ηλιακών κυττάρων.
Ορισμένες ενδιαφέρουσες εξελίξεις φέτος περιλαμβάνουν τον νέο σχεδιασμό νανοσύρματος πυριτίου που στοχεύει στη βελτίωση απόδοσης της ηλιακής μετατροπής και στην εφαρμογή φουλερενίων για τη βελτίωση της διαφάνειας.
Η πανταχού παρούσα ενέργεια σίγουρα έχει βάλει το MSU στον χάρτη των ηλιακών κυψελών. Ένας άλλος αναδυόμενος τομέας ενδιαφέροντος στο ηλιακό πεδίο είναι οι πλωτοί ηλιακοί συλλέκτες.
Πέρυσι μια ομάδα ερευνητών του MSU κατέληξε σε μια μελέτη που δείχνει ότι η ώθηση για την κατασκευή νέων υδροηλεκτρικών φραγμάτων θα μπορούσε να μετριαστεί χρησιμοποιώντας την επιφάνεια των υφιστάμενων φραγμάτων για την εγκατάσταση πλωτών συστοιχιών ηλιακών συλλεκτών.
Ο κοινός παρονομαστής με την έρευνα του Lunt είναι η χρήση του δομημένου περιβάλλοντος για την παραγωγή καθαρής ενέργειας, αντί να καταστρέφεται από τις νέες κατασκευές.
Η έμφαση στη χρήση προ-ανεπτυγμένων χώρων για ηλιακή ενέργεια επεκτείνεται και στις γεωργικές εκτάσεις. Οι ειδικοί του MSU βλέπουν πολλές δυνατότητες στην πρόσφατα αναδυόμενη ζώνη των αγροβολταϊκών, στην οποία οι ηλιακοί συλλέκτες που τοποθετούνται στο έδαφος σε γεωργικές εκτάσεις ανυψώνονται αρκετά μέτρα πάνω από το σύνηθες.
Οι ανυψωμένοι ηλιακοί συλλέκτες κάνουν χώρο για βοσκή ζώων ή για επικονιασμό. Οι ανυψωμένοι ηλιακοί συλλέκτες μπορούν επίσης να δώσουν αναγεννητικά οφέλη στη γεωργία, μειώνοντας την εξάτμιση και διατηρώντας το νερό.
Τα στοιχεία δείχνουν ότι οι αποδόσεις για ορισμένες καλλιέργειες τροφίμων μπορούν επίσης να βελτιωθούν λόγω της μερικής σκιάς και των αναγεννητικών οφελών των ηλιακών συλλεκτών.
Αν όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο, η πράσινη αγροικία του μέλλοντος θα έχει ηλιακούς συλλέκτες στον τελευταίο όροφο και διαφανή ηλιακά παράθυρα με θέα στρέμματα καταπράσινων εκτάσεων και ηλιακών συλλεκτών.
Μετάφραση – Επιμέλεια: Ειρήνη Παγκουλίδου
Με πληροφορίες από CleanTechnica
